03-5余热锅炉汽轮机的原理和结构.pdf
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第三部分1第六章余热锅炉 —汽轮机的原理和结构余热锅炉 —汽轮机的原理和结构1. 概述2. 余热锅炉的型式3. 联合循环中的蒸汽循环方案24. 余热锅炉一汽轮机的热力参数5. 余热锅炉的结构特点6. 联合循环汽轮机的结构特点§8.1 概述 在联合循环中 ， 余热锅炉 回收燃气轮机排气余热 ，产生蒸汽推动 汽轮机 发电3§8.1 概述 与常规电站锅炉相比较 ，余热锅炉 没有燃料输送 、煤粉制备和燃烧设备 ， 仅有汽水系统 余热锅炉的汽水系统与电站锅炉基本相似 ，通常是由 汽包 、省煤器 、蒸发器 、过热器以及集箱等换热管簇和容器 等组成的 ， 构4以及集箱等换热管簇和容器 等组成的 ， 构成了由水变过热蒸汽的三个阶段 ，即 水的加热 、饱和水的蒸发 、饱和汽的过热 在有再热的蒸汽循环中则可以加设 再热器 §8.1 概述 中温 、大流量工质是余热锅炉一个显著的热力特点 500-610 ℃ ， 120-600kg/s） 燃气轮机排气是完全发展的紊流 ，流速和温度都很不均匀 （烟气流速变化可达± 400%， 温度不均匀度 ± 55℃ ）5± ， 温度不均匀度 ± ℃ ） 当燃气轮机轴向排气时 ，情况就有利得多 。
余热锅炉内的换热过程属于低温换热范畴 ，辐射换热效应可以忽略 它几乎全部依靠对流换热的作用 §8.1 概述 联合循环中的汽轮机也不同于常规的汽轮机 :在联合循环的蒸汽轮机系统中一般均取消了回热抽汽6消了回热抽汽在联合循环中由汽轮机的低压缸排向凝汽器的蒸汽流量要比常规的汽轮机多因而相同容量的机组在相同背压下，末级叶片的长度和凝汽器面积都比常规机组高一个等级§8.1 概述 余热锅炉一汽轮机的设计要求 ：整个系统具有较低的热惯性由于多数联合循环电站担负调峰任务，启、停频繁燃气轮机启动很快，从点火到满负荷最快只需要几分钟，在汽轮机启动及带满负荷前，余热锅炉产生的7在汽轮机启动及带满负荷前，余热锅炉产生的蒸汽通过旁路排到凝汽器或燃气轮机的排气直接通旁通大气，影响电厂的经济性因此，要求余热锅炉和汽轮机必须具备快速启动的特性，在结构设计方面必须采取相应措施，适应快速启停要求为适应调峰的需要，机组应具有相当高的抗高周、抗低周疲劳性能§8.1 概述 余热锅炉一汽轮机的设计要求 ：联合循环中变工况特性是很重要的，在系统控制、热力和结构设计以及联合循环系统构成设计等过程中都要很好考虑。
要求由余热锅炉提供的蒸汽热力参数不会因燃气轮机负荷的变化而较大幅度地偏离各负荷工况下的设定值，以8而较大幅度地偏离各负荷工况下的设定值，以防影响汽轮机的安全性和经济性余热锅炉一汽轮机一般采用滑压运行，这不但对变工况运行有利，且可同时提高联合循环设计工况和部分负荷时的效率近来，许多联合循环装置考虑上述特点，其燃气轮机压气机采用进口可调导叶，以尽量减小余热锅炉的进口烟气温度变化幅度定压 、滑压运行定压运行定压运行定压运行定压运行指汽轮机在不同工况运行时指汽轮机在不同工况运行时指汽轮机在不同工况运行时指汽轮机在不同工况运行时，，，，依靠改变调节汽门的开度依靠改变调节汽门的开度依靠改变调节汽门的开度依靠改变调节汽门的开度来改变机组的功率来改变机组的功率来改变机组的功率来改变机组的功率，，，，而汽轮机前的新汽压力则是维持不变的而汽轮机前的新汽压力则是维持不变的而汽轮机前的新汽压力则是维持不变的而汽轮机前的新汽压力则是维持不变的，，，，新汽温度也是维持不变的新汽温度也是维持不变的新汽温度也是维持不变的新汽温度也是维持不变的滑压运行滑压运行滑压运行滑压运行9滑压运行滑压运行滑压运行滑压运行指汽轮机在不同工况运行时指汽轮机在不同工况运行时指汽轮机在不同工况运行时指汽轮机在不同工况运行时，，，，不仅主汽门是全开的不仅主汽门是全开的不仅主汽门是全开的不仅主汽门是全开的，，，，而而而而且调节汽门也是全开的且调节汽门也是全开的且调节汽门也是全开的且调节汽门也是全开的，，，，这时机组功率的变动是靠汽轮机前这时机组功率的变动是靠汽轮机前这时机组功率的变动是靠汽轮机前这时机组功率的变动是靠汽轮机前主蒸汽压力的改变来实现的主蒸汽压力的改变来实现的主蒸汽压力的改变来实现的主蒸汽压力的改变来实现的。
也就是说也就是说也就是说也就是说，，，，主蒸汽压力应随机主蒸汽压力应随机主蒸汽压力应随机主蒸汽压力应随机组工况的变动而变动组工况的变动而变动组工况的变动而变动组工况的变动而变动，，，，但此时主蒸汽温度仍保持不变但此时主蒸汽温度仍保持不变但此时主蒸汽温度仍保持不变但此时主蒸汽温度仍保持不变更具更具更具更具体的说体的说体的说体的说，，，，机组在额定功率时按额定压力运行机组在额定功率时按额定压力运行机组在额定功率时按额定压力运行机组在额定功率时按额定压力运行；；；；在低负荷时则在低负荷时则在低负荷时则在低负荷时则以某一低于额定数值的压力运行以某一低于额定数值的压力运行以某一低于额定数值的压力运行以某一低于额定数值的压力运行，，，，而在工况变动范围内而在工况变动范围内而在工况变动范围内而在工况变动范围内，，，，汽汽汽汽温并不变化温并不变化温并不变化温并不变化，，，，仍保持额定值仍保持额定值仍保持额定值仍保持额定值滑压运行滑压运行滑压运行滑压运行：（：（：（：（炉跟机炉跟机炉跟机炉跟机））））锅炉主调汽机跟随锅炉主调汽机跟随锅炉主调汽机跟随锅炉主调汽机跟随，，，，锅炉通过改变主蒸汽压力改变电负荷锅炉通过改变主蒸汽压力改变电负荷锅炉通过改变主蒸汽压力改变电负荷锅炉通过改变主蒸汽压力改变电负荷，，，，汽轮机维持调门位置汽轮机维持调门位置汽轮机维持调门位置汽轮机维持调门位置。
低负荷时效率高低负荷时效率高低负荷时效率高低负荷时效率高10定压运行定压运行定压运行定压运行：（：（：（：（机跟炉机跟炉机跟炉机跟炉））））汽机主调锅炉跟随汽机主调锅炉跟随汽机主调锅炉跟随汽机主调锅炉跟随，，，，汽轮机通过改变调门位置改变电负荷汽轮机通过改变调门位置改变电负荷汽轮机通过改变调门位置改变电负荷汽轮机通过改变调门位置改变电负荷，，，，锅炉维持主蒸汽压力锅炉维持主蒸汽压力锅炉维持主蒸汽压力锅炉维持主蒸汽压力高负荷时效率高高负荷时效率高高负荷时效率高高负荷时效率高§8.1 概述 余热锅炉一汽轮机的设计要求 ：余热锅炉应具有一定的在无水情况下“干烧”的能力，以避免当烟道旁通阀等元件故障时烧毁余热锅炉，一般“干11等元件故障时烧毁余热锅炉，一般“干烧”时的烟气温度应不高于475℃控制最大许用的热流量，保证余热锅炉中水循环的安全性§8.1 概述 余热锅炉一汽轮机的设计要求 ：当配置选择性催化反应器（SCR）来控制NOx排放时，必须精心地确定SCR的布置位置，以确保SCR能在一12的布置位置，以确保能在一定温度范围内工作，否则无法控制NOx的排放量余热锅炉 —汽轮机的原理和结构1. 概述2. 余热锅炉的型式3. 联合循环中的蒸汽循环方案4. 余热锅炉一汽轮机的热力参数13余热锅炉一汽轮机的热力参数5. 余热锅炉的结构特点6. 联合循环汽轮机的结构特点§8.1 余热锅炉的型式一、按余热锅炉烟气侧热源分类余热锅炉余热锅炉余热锅炉余热锅炉无补燃的余热锅炉无补燃的余热锅炉无补燃的余热锅炉无补燃的余热锅炉 ：：：： 这种余热锅炉单这种余热锅炉单这种余热锅炉单这种余热锅炉单纯回收燃气轮机排气的热量纯回收燃气轮机排气的热量纯回收燃气轮机排气的热量纯回收燃气轮机排气的热量 ，，，，产生一定压力和温度的蒸汽产生一定压力和温度的蒸汽产生一定压力和温度的蒸汽产生一定压力和温度的蒸汽 。
有补燃的余热锅炉有补燃的余热锅炉有补燃的余热锅炉有补燃的余热锅炉 ：：：： 由于燃气轮机排气中由于燃气轮机排气中由于燃气轮机排气中由于燃气轮机排气中14有补燃的余热锅炉有补燃的余热锅炉有补燃的余热锅炉有补燃的余热锅炉 ：：：： 由于燃气轮机排气中由于燃气轮机排气中由于燃气轮机排气中由于燃气轮机排气中含有含有含有含有 14％～％～％～％～ 18％％％％的氧 的氧的氧的氧 ，，，，可在余热 可在余热可在余热可在余热锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器锅炉的恰当位置安装补燃燃烧器 ，，，，补充天然气和燃油等燃料进行燃补充天然气和燃油等燃料进行燃补充天然气和燃油等燃料进行燃补充天然气和燃油等燃料进行燃烧烧烧烧， ，，，提高烟气温度 提高烟气温度提高烟气温度提高烟气温度 ，，，，还可保持蒸 还可保持蒸还可保持蒸还可保持蒸汽参数和负荷稳定汽参数和负荷稳定汽参数和负荷稳定汽参数和负荷稳定 ，，，，以相应提高 以相应提高以相应提高以相应提高蒸汽参数和产量蒸汽参数和产量蒸汽参数和产量蒸汽参数和产量 ，，，，改善联合循环 改善联合循环改善联合循环改善联合循环的变工况特性的变工况特性的变工况特性的变工况特性 。
§8.1 余热锅炉的型式二二二二、 、、、按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类 按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类按余热锅炉产生的蒸汽的压力等级分类 目前余热锅炉采用有 单压 、双压 、双压再热、三压 、三压再热 等五大类的汽水系统 单压级余热锅炉 只生产一种压力的蒸汽供给汽轮机 15给汽轮机 双压或多压级余热锅炉 能生产两种不同压力或多种不同压力的蒸汽供给汽轮机 三、按受热面布置方式分类1．卧式布置余热锅炉各级受热面部件的管子是垂直的 ，烟气横向流过各级受热面 16三、按受热面布置方式分类2．立式布置余热锅炉各级受热面部件的管子是水平的 ，各级受热面部件是沿高度方向布置 ， 烟17各级受热面部件是沿高度方向布置 ， 烟气自下而上流过各级受热面 2．立式布置余热锅炉1．卧式布置余热锅炉18四、按工质工作原理分类1．自然循环余热锅炉19四、按工质工作原理分类1．自然循环余热锅炉管簇中的水汽混合物与下降管中冷水的 密度差 ， 是维持蒸发器中汽水混合20水的 密度差 ， 是维持蒸发器中汽水混合物 自然循环 的动力 1．自然循环余热锅炉自然循环余热锅炉具有如下优点 ：①锅炉重心低 ，稳定性好 ，抗风抗震性强 ；②垂直管束结垢情况比水平管束均匀 ，不易造成塑性形变和故障 ，同时也减缓了结垢量而使锅炉性能下降的问题等 ；21量而使锅炉性能下降的问题等 ；③锅炉水容量大 ，有较大的蓄热能力 ，适应负荷变化能力强 ，热流量不易超过临界值 ，对燃气轮机排气热力波动的适应性和自平衡能力都强 ；④自动控制要求相对不高 。
1．自然循环余热锅炉自然循环余热锅炉的缺点如下 ：①蒸发受热面为立式水管 ，常布置于卧式烟道 ，因此占地面积大 ；②锅炉水容量大 ，启停及变负荷速度慢 ；22③自然循环有时不能采用直通烟道 ，而需要加一些挡板 ，因而会增加燃气的流动阻力 ，对燃气轮机的工作不利 2．强制循环余热锅炉强制循环余热锅炉中的烟气通常总是 垂直 地流过 水平方向布置的管簇 的从汽包下部引出的 水 借助于 强制循环泵 压入蒸发器的管簇 ，23水在蒸发器内吸收烟气热量 ，部分水变成蒸汽 ，然后蒸发器内的汽水混合物 经导管 流入汽包 2．强制循环余热锅炉1．卧式布置余热锅炉242．强制循环余热锅炉强制循环余热锅炉具有如下优点 ：①采用小管径 ，重量轻 ，尺寸小 ，结构紧凑 ②常布置于立式烟道 ，烟囱与锅炉合二为一省空间 ，占地面积小 ③蒸发受热面中循环倍率 A＝ 3~5，工质靠强制循环进行流动 ，可以采用较小的汽包直径 ，以及上升和下降管管径 ④ 因为在启动或低负荷时可用强制循环的工质来使各承25。
